Кто первым понял, что принцип неопределенности позволяет создавать пары виртуальных частиц?

К 1930 году «живой вакуум» был очевиден для всех, для него не требовался первооткрыватель. Возможно, вам следует отдать должное Дираку, возможно, Джордану, возможно, Фоку, возможно, Ферми, возможно, Гейзенбергу, возможно, Бору/Розенфельду, возможно, Кляйну, кто знает.

Я бы отдал должное Гейзенбергу, Крамерсу и Шрёдингеру за разработку теории возмущений стационарного состояния. Идеи Крамерса-Гейзенберга допускали виртуальные атомные переходы между поглощением и испусканием света, а теория возмущений Шредингера позволяла вычислять свойства собственных состояний из этих виртуальных состояний.

Когда квантовая теория поля была сформулирована Гейзенбергом, Джорданом, Дираком и другими, стационарные состояния были четко фиксированными состояниями числа заполнения частиц, а виртуальные состояния стали виртуальными частицами автоматически, без каких-либо открытий, потому что идея виртуальных состояний уже была понята. .

Одним из основных мотивов концепции квантового поля стал парадокс Клейна: уравнение Дирака, если интерпретировать его как уравнение для одной частицы, непоследовательно, поскольку оно позволяет коэффициентам прохождения и отражения составлять более единицы. Это нарушает основные представления о вероятности. Оскар Клейн был крупным незамеченным игроком в развитии ранней квантовой теории поля.

Помимо флуктуирующих виртуальных частиц, существуют и другие концепции динамического вакуума, которые отличаются и ассоциируются у разных людей:

• Море Дирака: эта картина позитронов как электронных дырок в заполненной релятивистской зоне с отрицательной энергией очень физична и принадлежит только Дираку.
• Спонтанное нарушение симметрии в вакууме из-за конденсатов: эта идея, вероятно, лучше всего приписывается старшему Гейзенбергу, который считал, что эти модели объяснят всю физику, исходя из фундаментального поля Ферми. Понятие спонтанного нарушения симметрии уже присутствует в гейзенберговском анализе распространяющейся S-волны заряженной частицы в пузырьковой камере, частица оставляет след, даже несмотря на то, что ее волновое описание является поверхностно сферически симметричным. Конкретная теория всего Гейзенберга не работает, но идея спонтанного нарушения симметрии была преобразована в правильную теорию Намбу, который обнаружил, что кварковый киральный конденсат нарушает приблизительную киральную симметрию, и создал модель этого с Йона-Лазинио.
• Механизм Хиггса: Это заслуга Браута и Энглерта, а также Хиггса и Хагена, Геральника, Киббла. Эта идея состоит в том, что конденсат Намбу может быть заряженным и, следовательно, сверхпроводящим.
• Клеевые конденсаты КХД: это, вероятно, лучше всего отнести к Шифману, Вайнштейну и Захарову. В то время витала идея клеевого конденсата, но они позволили количественно определить количество клея.
• Модель заключения с двойным сверхпроводником: эта идея принадлежит нескольким людям, но наиболее известен т'Хоофт. Теория Зайберга/Виттена сделала ее респектабельной, предоставив количественные точно решаемые модели, в которых вы можете понять механизм качественно.

Есть и неудачные модели динамического вакуума

• Светоносный Эфир: Идея 19-го века состоит в том, что в материале, заполняющем пространство, существуют механические напряжения, которые ответственны за электрические и магнитные поля.
• Вихревые атомы: идея Кельвина о том, что атомы представляют собой вихри в эфирном потоке.
• Телепараллельная гравитация. Сразу после разработки общей теории относительности Эйнштейн постулировал понятие телепараллелизма, поля, которое подскажет вам, какое направление находится в отдаленных точках. Это нарушает общую координатную инвариантность, и я не знаю этой теории, но люди, включая Эйнштейна, не воспринимали ее всерьез. Я думаю, что это всего лишь одна из вещей, которые у него в голове за долгие годы работы над GR, и он хотел вытащить их наружу. Эта теория является своего рода эфиром, и иногда люди говорят, что «Эйнштейн принял эфир позже в жизни», они говорят о телепараллельном эфире, который (полагаю, я не читал) релятивистски инвариантен и не имеет никакого отношения к светоносный эфир.

Принцип неопределенности для пар$x$и$p$или$E$и$t$данные, записанные для физической частицы, не имеют ничего общего с созданием виртуальных пар.

«Наличие высших состояний» в данном состоянии имеет ограниченный и определенный смысл и не обусловлено флуктуациями.

Рассмотрим точное основное состояние$\psi_0$. Часто неизвестна как аналитическая формула. Он ищется по теории возмущений и получается в такой спектральной форме:

$$\Psi_0=e^{-iE_0 t/\hbar}\sum_{n\ge 0}C_{0n}\psi_n^{(0)}\quad (1)$$

Это спектральное разложение вовсе не является квантово-механической суперпозицией состояний! Все высшие приближенные состояния $\psi_n^{(0)},\: n>0$ненаблюдаемы в точном состоянии$\psi_0$; это просто тупые числа для исправления неточного значения$\psi_0^{(0)}$чтобы получить точное, последнее по-прежнему является основным состоянием. Никакой эксперимент не может найти возбужденное состояние, точное или приблизительное, в основном состоянии, даже виртуально (вакуум — это основное состояние). Но в формуле (1) «присутствуют» приближенные высшие состояния. Это приводит к ошибочному заблуждению, что в основном состоянии можно «найти» более высокие состояния на короткий период из-за соотношения неопределенностей. Нет, это не виртуальные государства.

Отметим, что спектральные разложения типа (1) для других точных состояний ($n>0$) участвуют в реальных вычислениях, где существуют наблюдаемые точные состояния$\psi_n,\:n>0$которые приносят свои$\psi_{n'}^{(0)}$из-за расширения в спектральном ряду тоже. В этом случае приблизительные$\psi_n^{(0)},\:n>0$можно назвать наблюдаемым, поскольку$\psi_n\approx C_{nn}\psi_n^{(0)}$.

Опять же, в любом конкретном состоянии$n$

$$\psi_n=\sum_{n'} C_{nn'}\psi_n^{(0)}=C_{nn}\psi_n^{(0)}+\sum_{n'\ne n} C_{nn'}\psi_n^{(0)}\quad (2)$$ других наблюдаемых состояний нет $n'\ne n$, должно быть понятно. Это состояние с определенной энергией, ничего другого в нем быть не может.

Единственные наблюдаемые состояния в общем состоянии$\Psi$это те, которые участвуют в квантово-механической суперпозиции точных состояний со своими собственными энергетическими экспонентами:

$$\Psi=\sum_n A_n\psi_n e^{-iE_n t/\hbar}\quad (3)$$

Часто некоторые высшие наблюдаемые состояния просто запрещены в этой суперпозиции законом сохранения энергии, справедливым, например, при столкновениях. С другой стороны, ограничений нет.$n$в тупых спектральных разложениях типа (1) и (2). В пертурбативных вычислениях наблюдаемые состояния смешиваются с немыми. Но если вы внимательно проанализируете примеры, вы обнаружите, что все «виртуальные состояния» всегда являются приближенными функциями.$\psi_{n'}^{0}$(исправления к$\psi_n^{0}$вводится из (2) в (3)) и никогда не точные состояния, в регулярной теории возмущений или в диаграммах Фейнмана, что бы то ни было. Этот факт показывает их истинное происхождение (1)-(2).

PS Для тех, кто не понял: виртуальных состояний, по сути, нет.